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当前位置:技术交流 视频基带的抗干扰传输技术分析[2008]
  下列文章是我公司EIE实验室根据公司产品开发、实验、工程等实践经验及数据所写,均为原创文章。希望能与广大同行进行交流。未经我公司许可?#22351;?#36716;载。
 

视频基带的抗干扰传输技术分析[2008]

——同轴与双绞线抗干扰传输技术进展——
 

  [内容提要]视频基带抗干扰传输技术与产品,“频率失真”与“频率加权”技术解释,分析视频传输产品的四大应用性能:一:视频恢复性能?#27426;?#25239;干扰性能;三:防护性能;四:防强电入?#20013;?#33021;;
  提出两个概念:“监控系统的抗干扰设计?#22791;?#24565;与“用抗干扰设备实现抗干扰传输”的概念。
视频信号传输?#32478;劍?#21487;以分成两大类:第一类为视频基带直接传输?#32478;健?#31616;称“基带传输?#20445;?#31532;二类为视频基带变换传输?#32478;健?#31616;称“变换传输”。
  “基带传输”包括:同轴视频基带传输?#32478;劍?#19981;平衡传输)和双绞线视频基带传输?#32478;劍?#24179;衡传输)。其特征是传输的信号带宽,仍然是视频基带信号0~6M的原信号带宽。
  “变换传输”包括:射频(CATV,一线通,共缆,视频拓展器等类型)、微波、光缆、数字及“复合变换”传输?#32478;劍?#20004;种以?#31995;?#32452;合?#32478;劍?#20854;特征是变换后的传输信号带宽变为调制载波的频道带宽。如调幅射频频道带宽为6~8M,调频微波为18~27M等等.
  本文集中探讨“基带传输”?#32478;劍?#20063;就是常见的同轴与双绞线传输?#32478;健?#22260;绕视频抗干扰传输这个?#36136;?#38382;题,分析“频率加权”技术的作用,和对产品性能的影响。2000年加权视频放大专利技术问世,推动了同轴传输视频恢复技术产品的发展和应用,加权抗干扰专利技术,又进一步推动了抗干扰传输技术产品的发展,包括同轴抗干扰传输和双绞线抗干扰传输技术与产品的技术进步。这里提出“视频基带的抗干扰传输技术”的概念,可能更有利于更全面深入的了解“基带传输”技术的应用和产品的性能。

  一)“频率失真”与“频率加权”技术解释
  1.视频信号在同轴和双绞线传输中,最基本的技术问题就是“频率失真”。下图照片是实测线缆本身的频率失真特性:左图:0距离测试信号特性,0~6M扫频测试信号?#24674;型跡篠YV75-5电缆1000米的衰减和频率失真特性;右图为超5类双绞线900米的衰减和频率失真特性;照片可以更好的给出一个定性形象的印象,准确的测试数据,过去已多次给出,这里从略。

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  2.线缆“频率失真”的特点是:①低频衰减最小,频率越高衰减越严重;②组成视频信号的各种频率分量之间的相对比例关系:左图扫频测试信号高低频幅度比例为1:1,经过电缆的传输后,发生了重大改变:传输后高低频比例少于1,频率越高比例越少——线缆的这种与频率有关的衰减特性,这就?#23567;?#39057;率失真?#20445;?#32447;缆越长,频率失真越严重,电缆长度加倍,衰减的db数加倍;③比较?#22411;?#21644;右图,可以明显看出:双绞线固有的频率失真要比同轴电缆大得多,大约430米超5类双绞线和1000米SYV75-5电缆的衰减和频率失真相当。应该了解这是国标线缆固有的特性,不是“劣质”电缆,这一点在选择传输线缆类型时,要特别注意,应做?#21483;?#20013;有数;
  3.基带传输设备的基本作用是提供?#27426;?#30340;放大增益,补偿线缆的传输衰减。显然,要补偿频率失真,传输设备的“补偿特性”应该与电缆的频率失真特性相反、互补,才能实现视频信号特性的真正恢复。如下图所示:

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  4.补偿特性应该是:传输设备的增益必须具有“频率越高增益越大”的基本特点——这就是“频率加权”的基本概念。上面实测的线缆频率失真特性,?#38469;?#22269;产合格国标电缆的固有特性,显然,用这类线缆传输视频信号,传输设备应该具有“频率加权”特性,才能实现“全补偿”的视频恢复目的。
  5.线缆越长,频率失真越严重,电缆长度加倍,衰减的db数加倍。工程中电缆长度是随机的,这就要求传输设备提供的频率加权补偿性能,也应该?#24378;?#21464;的,对于任意长度电缆,都能够提供出与电缆频率失真特性相?#35270;?#30340;“完?#39057;?#20114;补特性?#20445;?#36825;既是技术实现的要点,也是技术难点。不同产品性能和水平的差异,也?#32479;?#33258;这里。
  对于市场上五花八门的产品和真假难辨的宣传,应该如何把握?——深入了解它们的应用性能。

  二)传输产品的四大应用性能
  之一:视频恢复性能
  1)视频传输,?#38469;?#23454;现“视频—传输—视频”的全过程,源头是“视频?#20445;?#32467;果还是“视频”。不管是视频传输产品,还是视频抗干扰(器)产品,?#21152;?#35813;具有合格的视频传输特性。考察视频传输产品,首先就是它具有什么样的“视频恢复性能”——即视频失真度的技术性能指标——或者说依据什么视频传输通道技术标准。
  2)不管什么传输?#32478;劍?#35270;频失真度技术标准,应该是基本一样的。宏观的看,不应该有哪种?#32478;?#20256;输的质量好,哪种?#32478;?#20256;输的质量不好的区别。具体的看,就存在不同厂家依据和贯彻的“标准”是什么??#24378;?#35266;技术标准,还是“主观感觉标准?#20445;?br>   3)恢复?#32478;?#20040;程度?传输产品的视频恢复性能,应该是以客观技术标准作依据的,这就是视频失真度技术标准。视频失真,包括线性失真和非线性失真,有亮度信号失真和色度信号失真,还有亮度和色度信号相对关系的技术指标等等。在诸多技术指标中,最基本的应该是恢复的“幅频特性”。因为它不仅是多数线性失真度指标能否合格的基础和前提条件,也是在很大程度上决定其他非线性失真度指标是否具有实际意义的先决条件。例如,色亮增益差和色亮延迟差失真,如果“幅频特性”不好,它们就不可能合格,只有“幅频特性”好了,它们才可能合格;再如,非线性失真的微分增益DG和微分相位DP:信号经过1000米长电缆传输后,“幅频特性”严重失真超标,图像已严重失真,变坏,但此时的DG、DP一般还是“合格的?#20445;?#36825;种DG、DP的所谓“合格”已经没有任何实际意义了;进一步说,当用传输设备?#36873;?#24133;频特性”恢复好后,DG、DP却不?#27426;?#33021;合格了,这就是信号处理电路的水平问题了。公?#31995;摹?#24133;频特性”是:0~6M频带内,“-3db”;具体含义如下图所示,0.5~5M范围,±0.75db;也有执行0~6M范围,±1.5db的“3db”标准的;

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  4)我国历史?#24076;?#36824;没有承认过任何“主观感觉”的视频传输“标准?#20445;?#20294;在安防行业产?#38450;錚?#36825;类“主观感觉”的视频产品却到处可见。下图为?#25215;?#21495;称“可以和光端机媲美”的双绞线传输器在给出的最大传输距离?#31995;?#35270;频恢复特性。所谓“媲美?#20445;?#26159;没有技术基础的。

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  5)EIE?#25918;?#20135;品贯彻的视频恢复特性
  EIE?#25918;频?#35270;频传输产品,包括同轴类和双绞线类基带传输产品,其视频恢复特性依据的“技术标准?#20445;际?#20197;“-3db”幅频特性为代表的一系列技术指标作基础生产的。所以,在产品标称传输距离内,都可以实现完全补偿的视频恢复特性。
  下图为?#24674;?#22522;本传输型双绞线传输产品,在UTP双绞线1000,900,600,300米不同距离?#31995;?#35270;频恢复特性照片:可以看出,只有600米时低频略有一些过补偿,但也在允许误差之内。4~6M的高端,全程都没有欠补偿缺陷,这是确保传输质量的技术基础;产品采用全程连续可调的频率加权控制,可以对标称距离内的任意长度电缆实现精密全补偿;EIE?#25918;?#20135;品抗干扰型双绞线传输产品,标称传输距离已经做到1400米和1800米;

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  6)最大传输距离的定义
  1.最大传输距离 LMAX:是建立在上述视频恢复特性和图像质量标准原则下的最大距离。目前EIE?#25918;?#20135;品实现的技术水平如下:
同轴75-5电缆基带传输产品:
  2 前端传输电缆直接连接摄像机输出,只用后端视频恢复设备:LMAX≥ 2000米;
  2 前后双端分别采用加权传输和加权视频恢复设备:LMAX≥ 3000米;
  UTP超5类平衡(双绞线)基带传输产品:
  2 基本传输型加权平衡传输器:LMAX≥ 1000米;
  2 抗干扰传输型加权平衡传输器:LMAX≥ 1400米;
  2 远程抗干扰传输型加权平衡传输器:LMAX≥ 1800米;
  2.上面提到的?#25215;?#21495;称“可以和光端机媲美”的双绞线传输器,就是典型的“主观感觉”产品,它的标称最大传输距离1500米,那个照片就是这类产品的代表特性;按照技术标准,它的最大传输距离一般要打30~50%以?#31995;?#36317;离折扣,其实际补偿特性还需仔细考察;
  3.?#25215;?#21452;绞线传输器厂家宣传说:多级串联,可?#28304;?#21040;2、3公里以上距离。单级传输特性都有严重缺陷,多级串联传输,频率特性是多级幅度相乘关系,即频率特性各点db数的相加关系,结果会怎么样?信噪比又会怎样?显然,这是毫无依据的虚假误导宣传。
  4.安防市场?#24076;?#36824;有一类同轴抗干扰器,采用幅度压制干扰原理,前端提升视频信号幅度,后端采用固定电阻分压器,或可调电阻分压器,号称传输距离可以做到几百米到1公里。这类产品的视频恢复性能,是电缆的频率失真,加上产品固有的频率失真,比单电缆传输特性还要差,这是因为它不具备“频率加权视频恢复性能?#20445;?#34429;然有?#27426;?#30340;“抗干扰效果?#20445;?#20294;不属于传输类产品。
对于各种视频传输产品,包括抗干扰器类产品,了解和掌握它们的“视频恢复性能?#20445;?#26159;第一位的。

  之二:抗干扰性能
  同轴传输,属于“封闭电磁场”传输类型,信号电磁场?#29615;?#38381;在屏蔽层内部传输,与外界没有电磁交换关系,同轴电缆这种“屏蔽内外电磁场”性能,决定了电缆本身具有优异的抗干扰性能。同轴传输干扰的产生,主要源于电缆太长,电缆以“天线效应”接收外界电磁场 在屏蔽层两端形成干扰电压,通过两端匹配负载与芯线构成回路,产生干扰的。干扰不是从屏蔽层缝隙“漏”进去的。
  双绞线平衡传输,用?#23433;?#27169;”传输信号,以“共模”抑制干扰,属于“开放电磁场”传输类型,信号电磁场与外界电磁场具有直接的耦合交换关系,平衡传输“共模抑制干扰”的性能,是建立在传输线“平衡”基础?#31995;摹?#21069;?#25913;輳?#25152;谓“双绞线具有超强的抗干扰抑制能力”的虚假误导宣传,依据的就是“绝对平衡”理想状态推理。实际上要做到:线对结?#20849;?#25968;的绝对平衡,“开放电磁场”的传输特点,还要求每根导线的外部电磁环境也要绝对平衡。问题就来源于这个不可能实现的“绝对平衡?#20445;?#24037;艺?#24076;?#22269;标线仅直流电阻一项误差就达到5%,还有扭绞的长度误差,导线?#26412;?#35823;差,线间距误差,绝缘层厚度误差等等。“外部电磁环?#22330;备?#26159;工程的随机因素,无法控制;这就必然存在“不平衡因素和参数?#20445;?#36825;种“不平衡因素和参数?#20445;?#20250;把一部分共模干扰信号转换为差模干扰信号,而双绞线严重的传输衰减和频率失真,又要求传输器具有超高倍数的放大增益。这就决定了双绞线传输的干扰抑制能力,不可能达到“超强的抗干扰能力”和“比同轴电缆抗干扰能力更强”的水平。?#25913;?#26469;工程应用中,干扰还是?#24597;?#21457;生的实践,就印证了这个事实。
  基带传输系统的干扰抑制能力取决于两个方面:一是线缆本身的干扰抑制能力,二是传输设备提供的附加干扰抑制能力。目前达到的产品水?#32478;牽?/p>

  [同轴传输的抗干扰性能]
  1.同轴电缆常规传输?#32478;劍?#21033;用电缆本身屏?#25105;?#21046;干扰性能,可以实现监控工程中多数常规环境下的无干扰传输;
  2.加权抗干扰技术原理:这项专利技术的要点是:前端采用频率加权幅度提升压制干扰技术,后端采用频率加权视频恢复技术,提供同轴传输系统的?#26696;?#21152;干扰抑制能力?#20445;?#20854;含义是:可以把同轴电缆的干扰抑制能力,再提高多少倍(或db);?#25913;?#26469;的工程应用表明:  ①包括高层电梯、工厂变频电机群、中央空调和变频供水系统、小区系统等较恶劣环境下的电磁干扰,都可以有效抑制;②采用复合频率加权技术,有效提高了系统的视频恢复能力,特别是提高了传输信噪比,在1000米?#24076;?#35774;备的视频加权信噪比,可以做到75db,这是各类传输?#32478;?#20013;的领先技术水平;③有效解决了同轴基带传输?#32478;较?#30340;抗干扰传输问题;
  3.同轴加权抗干扰产品能实现的抗干扰性能:
  2 基本抗干扰型——标称传输距离:0~1000米——附加干扰抑制能力16~24db;
  2 增强抗干扰型——标称传输距离:0~1000米——附加干扰抑制能力24~32db;
  2 超强抗干扰型——标称传输距离:0~1000米——附加干扰抑制能力24~40db;
  其中,超强抗干扰型还可以提供“特需专用定制产品?#20445;?#20256;输距离可以定制1~3公里的远程型。

  [双绞线传输的抗干扰性能]
  1.常规无源和常规有源传输产品,抗干扰能力只是双绞线本身的干扰抑制能力,没有?#26696;?#21152;干扰抑制能力?#20445;视?#20110;普通环境下较近距离的传输;
  2.双绞线平衡传输,采用加权抗干扰专利技术:和同轴加权抗干扰技术原理一样,可以在充分发挥双绞线平衡传输共模抑制干扰能力基础?#24076;?#36816;用频率加权幅度压制干扰技术,由传输设备再提供?#27426;?#30340;?#26696;?#21152;干扰抑制能力?#20445;?#20063;是把双绞线的干扰抑制能力,再提高多少倍(或db);
  3.EIE加权平衡传输产品能实现的抗干扰性能:
  2 基本传输型——标称传输距离:0~1000米——附加干扰抑制能力2~10db;
  2 抗干扰传输型——标称传输距离:0~1400米——附加干扰抑制能力15~25 db;
  2 远程抗干扰传输型——标称传输距离:0~1800米——附加干扰抑制能力15~25 db;

  之三:防护性能
  1.电磁环境防护:指传输设备本身的EMC电磁防护性能。EIE传输和抗干扰产品,都采用具有电磁防护性能的双层铁磁屏蔽;
  2.自然环境防护:内部电路具有防?#20445;?#38450;水,防腐蚀保护性能。使用中注意做好BNC连接器和电源的防护即可;

  之四:防强电入?#20013;?#33021;
  1.防雷电感应:产品应具有雷电瞬态感应脉冲防护的可恢复自我保护功能;
  2.防高电压入侵:由供电系统或接地系统缺陷问题,偶然引入的高电压,也可以瞬间成批的烧毁前后端设备,同轴电缆良好的屏蔽性能和屏蔽层在电缆两?#35828;摹?#30701;路效应?#20445;?#20351;传输系统具有良好的自我保护性能,所以工程中烧毁案例发生?#24597;?#24456;低。非屏蔽双绞线传输系统,由于可以开放式接收外界电磁场,并且不具备电缆两?#35828;摹?#30701;路”保护功能,因此,?#25913;?#26469;双绞线传输设?#24178;?#27585;的?#24597;首?#39640;。所以,防护电路的设计应与传输设备具体电路结构相匹配,才能有效保护设备安全运行。
  3.通用“防雷器”也有以上功能,但很难做到“防护电路的设计应与传输设备具体电路结构相匹配?#20445;?#23545;于没有“防护电路”的产品,采用“防雷器?#20445;?#21482;能做到“比不采用访雷器好?#20445;?#23545;于已经具备“防护电路”的传输产品,再采用防雷器就有些多此一举了,甚至?#22815;?#24433;响“防护电路”的有效性。特别是一些误导宣传,错误的引导工程设?#39057;?#22788;“接大地?#20445;?#24341;入复杂的地电位环路干扰——这叫花钱买干扰。
  4.视频传输设备,应该远离避雷针,建筑物防雷系统设备和接地点。视频传输设备应该在这些“接雷”设备“大保护伞”之下隔离运行。

  三)工程中的真假干扰问题
  *抗干扰器可以抑制干扰,并恢复视频特性——实现“视频信号的抗干扰传输”。
  *有了“抗干扰器?#20445;?#26159;否就能解决工程中的所有干扰呢?不是!
  *有了“抗干扰器?#20445;?#26159;否就可以随便设计传输系统?#22235;兀?#19981;可以!
  *为什么有的工程干扰,用了各种抗干扰器,还是解决不?#22235;兀?#36825;里面,就有个真假干扰问题。

  真干扰:仅指传输线作为“接收天线”收到的空间电磁干扰信号,这类干扰,加权抗干扰器一般可以有效解决。

  假干扰:包括设备?#25910;?#24341;起的“干扰现象?#20445;?#31995;统设计和施工缺陷和接地不合理等“?#25910;稀?#22240;素引起的“干扰现象?#20445;?#20379;电系统设计配套不合理,使电网传导干扰直接进入主机系统等“?#25910;稀?引起的“干扰现象?#20445;?#32479;称为“?#25910;?#31867;干扰?#20445;?#31616;称假干扰。
  假干扰,总体看来属于“主观因素?#34987;頡?#20027;观责任”造成的。如摄像机输出信号中就有干扰,这虽然是设备“?#25910;稀保?#20294;也属于“主观责任?#20445;?#21482;要主动排除“?#25910;?#35774;备?#20445;?#30005;源或摄像机),就可以解决。企图使用抗干扰设备来解决这类干扰,显然是又犯了一个“主观错误”。再如,系统设计施工,引入?#25628;?#37325;的地电位环路“干扰现象?#20445;?#36731;的,用抗干扰器也可以?#25226;?#30422;干扰?#20445;?#37325;一些的用抗干扰器有部分效果,但当电网发生开路、短路或三相电严重失衡?#25910;?#26102;,可以瞬间烧毁抗干扰器,摄像机,采集卡,甚至可能?#21892;?#30340;烧毁设备。所以“地电位环路”是监控系统“严重的安全隐患”。应该从主观上提高设计施工水平,总结施工经验入手解决。
  这里需要明确两个概念:“监控系统的抗干扰设计?#22791;?#24565;与“用抗干扰设备实现抗干扰传输”的概念。
  ?#20445;?#30417;控系统的抗干扰设计——这是监控系统设?#39057;?#26032;概念。抗干扰设?#39057;?#20986;发点,应该是尽可能避免出现“?#25910;?#31867;”的假干扰现象。这是主观方面的任务和责任,也是工程能力和水平的体现;
  2.用抗干扰视频恢复设备实现抗干扰传输,用以解决“真干扰”。但不能也不应该企?#21152;?#25239;干扰器帮你排“?#25910;稀薄?br>   ?#24120;?#21512;理的“监控系统抗干扰设计?#20445;?#26159;实现“抗干扰传输”的前提和保证条件;
  二者互相补充,不是替代关系。
                              eie1992—— 2008第一帖

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